半导体物理学前置课程
《半导体器件物理》课程教学大纲
《半导体器件物理》课程教学大纲课程名称：半导体器件物理课程代码：ELST3202英文名称：Semiconductor Device Physics课程性质：专业必修课学分/学时：3.0 / 63开课学期：第*学期适用专业：微电子科学与工程、电子科学与技术、集成电路设计与集成系统先修课程：半导体物理及固体物理基础后续课程：器件模拟与工艺模拟、模拟集成电路课程设计、大规模集成电路制造工艺开课单位：课程负责人：大纲执笔人：大纲审核人：一、课程性质和教学目标课程性质：《半导体器件物理》课程是微电子科学与工程、电子科学与技术以及集成电路设计与集成系统专业的一门专业必修课，也是三个专业的必修主干课程，是器件模拟与工艺模拟、模拟集成电路课程设计等课程的前导课程，本课程旨在使学生掌握典型的半导体器件的工作机制和特性表征方法，为设计和制造集成电路奠定知识基础。
教学目标：本课程的教学目的是使学生掌握半导体材料特性的物理机制以及典型半导体器件的作用原理。
通过本课程的学习，要求学生能基于半导体物理知识，分析BJT、MOSFET、LED以及Solar Cell等半导体器件的工作原理、器件特性以及影响器件特性的关键参数。
本课程的具体教学目标如下：1、掌握牢固的半导体基础知识，理解半导体器件工作的物理机制。
2、掌握影响半导体器件电学特性的关键因素，能够从半导体器件的电学特性曲线提取半导体器件的关键参数。
3、能够根据给定的器件特性要求，设计和优化器件参数和器件结构。
4、能够对半导体器件的特性进行测量，对测量结果进行研究，并得到合理有效的结论。
二、课程目标与毕业要求的对应关系（一）半导体的晶体结构与能带理论（支持教学目标1）课时：1周，共3课时1. 晶体结构与硅工艺1.1 晶体的结构★1.2 硅工艺简介2. 基本能带理论2.1 能带理论2.2 统计分布的特点2.3 本征与掺杂半导体★（二）载流子输运（支持教学目标1）课时：1周，共3课时1. 传统输运机制★1.1 漂移运动1.2 扩散运动2. 产生复合机制与连续性方程2.1 几种产生复合假设2.2 连续性方程及其基本应用（三）PN结二极管课时：1周，共3课时1. 热平衡状态下的PN结（支持教学目标1）1.1 PN结的形成与能带特点★1.2 突变PN结耗尽近似的基本方程与参数分布★2. 直流偏压下的PN结（支持教学目标1）2.1 载流子与能带分析★2.2 电流电压方程★2.3 异质结（四）双极晶体管课时：4周，共12课时1. 晶体管的工作原理（支持教学目标1）1.1 器件结构特点和工作模式（支持教学目标1）2.1 电流增益（支持教学目标2）★3.1非理想效应（支持教学目标3）★2. 电路模型（支持教学目标1）3. 频率响应（支持教学目标2）★4. 特殊结构晶体管（支持教学目标3）◆（五）MOSFET基础（支持教学目标1）课时：2周，共6课时1. MOS的基本结构与能带分析1.1 能带分析（支持教学目标1）★1.2 阈值电压（支持教学目标2）★2. MOSFET的基本原理2.1 MOSFET结构（支持教学目标1）2.2 电流电压特性（支持教学目标2）★2.3 小信号模型（支持教学目标2）◆（六）MOSFET概念深入课时：3周，共9课时1. 亚阈值特性（支持教学目标1）1.1亚阈值电流机制★1.2亚阈值摆幅2. 非理想效应（支持教学目标1）★2.1沟道长度调制效应2.2表面散射效应2.3速度饱和效应2.4弹道输运3. MOSFET按比例缩小理论（支持教学目标3）3.1按比例缩小理论★3.2阈值电压修正◆4. 击穿级热载流子效应（支持教学目标3）4.1击穿及轻掺杂漏★4.2辐射及热载流子效应思考题：1、Bipolar与MOSFET的比较（七）结型场效应晶体管和功率器件课时：2周，共6课时1. 结型场效应晶体管（支持教学目标1）1.1 JFET工作原理及器件特性1.2 MESFET工作原理及器件特性★1.3 MODFET◆2. 功率器件2.1 功率双极晶体管2.2 功率MOSFET2.3 半导体闸流管（八）光电器件课时：4周，共12课时1. 光谱及光吸收（支持教学目标2）1.1光谱1.2光吸收系数2. 太阳能电池（支持教学目标2）2.1pn结太阳能电池★2.2异质结太阳能电池2.3非晶硅太阳能电池3. 光电探测器（支持教学目标2）◆3.1光导体3.2光电二极管3.3光电晶体管4. LED和激光（支持教学目标3）4.1电致发光4.2发光二极管★4.3激光二极管（九）实验（支持教学目标4）★课时：3周，共9课时1）显微镜下观察MOSFET器件并测量MOSFET器件的尺寸2）MOSFET CV特性测量3）MOSFET 转移、输出特性曲线测量四、教学方法授课方式：A、理论课（讲授核心内容、总结、按顺序提示今后内容、答疑、公布习题和课外拓展学习等）；B、课后练习（按照理论内容进行）；C、实验环节（根据理论课教学内容，要求学生学会简单操作、四探针仪以及探针台并完成实验任务）；D、办公室时间（每周安排固定的办公室时间，学生无需预约，可来教师办公室就课程内、外内容进行讨论）；E、答疑（全部理论课程和实验课程完成后安排1～2次集中答疑，答疑时间不包括在课程学时内，答疑内容包括讲授内容、习题、实验等）；F、期中和期末闭卷考试。
半导体物理课程教学大纲
半导体物理课程教学大纲（Semiconductor Physics）一、课程概况课程代码：2303106学分：3学时：48（其中：讲授学时48，实验学时4）先修课程：高等数学、大学物理，固体物理学适用专业：新能源科学与工程教材：《半导体物理学》，刘恩科，电子工业出版社，2017.06课程归口：光电工程学院课程的性质与任务：本课程是新能源科学与工程专业的专业基础必修课，也可作为材料类、微电子信息类专业和其它有关专业的必修课或选修课。
通过本课程的学习，培养学生掌握半导体相关知识理论概念，熟练分析方法，增强解决实际问题的能力，并根据所学知识，能够对半导体相关器件产品进行合理设计改造，为后续专业课程及实际知识运用奠定坚实的知识基础。
二、课程目标目标1. 了解固体物理相关知识，熟练半导体的概念与定义，了解半导体材料与社会生活的联系。
目标2. 掌握与理解半导体材料的电子状态和能带相关知识，了解一些不同半导体材料的能带结构。
目标3. 掌握半导体材料中载流子的概念，了解载流子的统计分布，掌握半导体的导电性机理内涵。
目标4. 熟练非平衡载流子的相关知识，掌握PN结相关知识概念，掌握金属与半导体接触的相关理论知识。
目标5. 了解半导体表面与MIS结构相关知识，掌握半导体异质结结构能带图。
目标6. 了解半导体的光学性质，热电性质，及霍尔效应，熟悉生活中的一些半导体器件所运用的原理。
本课程支撑专业培养计划中毕业要求1-4（占该指标点达成度的20%）、毕业要求3-1（占该指标点达成度的40%）、毕业要求4-4（占该指标点达成度的30%；）和毕业要求6-1（占该指标点达成度的40%），对应关系如表所示。
三、课程内容及要求（一）半导体中的电子状态1.教学内容（1）半导体概念及半导体晶格结构与结合性质。
（2）半导体的电子状态和能带及运动有效质量。
（3）不同半导体材料的能带结构2.基本要求（1）了解并掌握半导体基本概念，包括半导体的定义、结构及分类等。
半导体物理学 前言 (2)-PPT精选文档
1960年，MOS场效应管 60年代初，人们在晶体管发展的基础上发明了集成电路， 这是半导体发展中的一次飞跃。 它标志着半导体器件由小型化开始进入集成化时期。 所谓集成电路指的是把二极管、三极管（晶体管）以及电 阻、电容都制做在同一个硅芯片上，使一个片子所完成的 不再是一个晶体管的放大或开关效应，而是具有一个电路 的功能。
照片
伏安特性
I 电流
正向
反向
0
V 电压
5） 光生伏特效应
1876年，英国物理学家亚当斯(W.G. Adams)发现晶体硒和金属接触在光照射 下产生了电动势，这就是半导体光生伏 打效应。
光生伏特效应最重要的应用就是把太阳 能直接转换成电能，称为太阳能电池。
1954年美国贝尔实验室制成了世界上第 一个实用的太阳能电池，效率为4%。
四十年代：制备出了纯度达9个9和10个9的高纯度 元素半导体锗、硅单晶。
P型半导体、N型半导体的制备。 1950年，R. Ohl和肖特莱发明了离子注入工艺； 1956年，S. Fuller发明了扩散工艺；
1960年，H. Loor和E. Castellani发明了光刻工艺
半导体体单晶生长技术
受到限制的主要原因
1. 半导体材料的不纯 半导体材料，先进薄膜沉积技术，半导体 单晶制备技术
2. 半导体物理理论的不完善 半导体物理学
1）半导体材料方面
当时的一个重大任务：如何制备出高纯度的半导体 材料以实现可控的半导体导电类型和导电能力。 因而促使了半导体工艺技术的发展： 半导体提纯技术，真空感应拉制单晶，区域熔 炼等
半导体物理学前置课程
半导体物理学前置课程半导体物理学前置课程是电子工程专业中必修的一门课程，旨在介绍半导体物理学的基本理论和应用知识。
本文档将从晶体结构、能带理论、载流子行为等方面，逐步阐述半导体物理学的重要概念和原理。
1. 晶体结构晶体是由周期性排列的原子或分子组成的固体，它的结构对于半导体的性质和行为有着重要的影响。
晶体的结构可以分为晶格和基元两个层次。
晶格描述了原子排列的规律性，而基元则是晶体中最小重复单元。
在半导体中，常见的晶体结构包括立方晶系、六方晶系等。
晶体结构的研究有助于我们理解半导体的性质以及探索其潜在应用。
2. 能带理论能带理论是解释半导体电子结构的重要理论之一。
根据能带理论，半导体的价带和导带是由原子轨道的能级重新排列形成的。
价带中的电子处于较低的能级，而导带中的空穴则具有较高能级。
半导体的能隙是指价带和导带之间的能级差异，其大小决定了半导体的导电性能。
能带理论为我们理解和控制半导体的导电特性提供了基础。
3. 载流子行为载流子是指在半导体中能够参与电荷传导的粒子，包括自由电子和空穴。
在半导体中，载流子的行为受到外界电场、热激发等因素的影响。
通过研究载流子的迁移率、有效质量等参数，可以揭示半导体的导电机制和输运特性。
此外，探索载流子的寿命和复合过程有助于优化半导体器件的性能。
半导体物理学前置课程是电子工程专业中的重要课程，旨在介绍半导体物理学的基本理论和应用知识。
本文档从晶体结构、能带理论、载流子行为等方面对半导体物理学进行了简要说明。
通过深入学习和理解这些知识，我们将能够更好地应用半导体材料，推动电子技术的发展和创新。
半导体物理入门
半导体物理入门
1. 学习基础知识：在学习半导体物理之前，需要掌握一些基础知识，如物理学、数学和电子工程等方面的基本概念和原理。
2. 了解晶体结构：半导体材料的晶体结构是半导体物理的基础，因此需要学习晶体结构的基本概念，如晶格、晶向、晶面等。
3. 学习能带理论：能带理论是半导体物理的核心内容之一，它描述了半导体材料中电子的能量状态和运动行为。
需要学习能带结构、能带宽度、能带隙等基本概念。
4. 了解载流子输运：载流子（电子和空穴）在半导体中的输运是半导体器件工作的基础，因此需要学习载流子的漂移、扩散、复合等基本概念和过程。
5. 学习 p-n 结：p-n 结是半导体器件中最基本的结构之一，需要学习 p-n 结的形成、特性和工作原理。
6. 阅读相关书籍和文献：可以阅读一些半导体物理方面的经典教材和相关文献，深入了解半导体物理的各个方面。
7. 进行实验：通过实验可以更加深入地了解半导体材料的物理性质和电子特性，建议在学习过程中尝试进行一些简单的实验。
8. 参加课程和培训：如果有条件，可以参加一些半导体物理相关的课程和培训，以系统地学习半导体物理知识。
总之，学习半导体物理需要系统地学习相关知识，并进行实践和实验，不断加深对半导体材料和器件的理解。
同时，需要保持学习的热情和耐心，不断提高自己的知识水平。
《半导体物理学》课程教学大纲
《半导体物理学》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称：《半导体物理学》所属专业：物理学（电子材料和器件工程方向）课程性质：专业课学分：4学分（二）课程简介、目标与任务：《半导体物理学》是物理学专业（电子材料和器件工程方向）本科生的一门必修课程。
通过学习本课程，使学生掌握半导体物理学中的基本概念、基本理论和基本规律，培养学生分析和应用半导体各种物理效应解决实际问题的能力，同时为后继课程的学习奠定基础。
本课程的任务是从微观上解释发生在半导体中的宏观物理现象，研究并揭示微观机理；重点学习半导体中的电子状态及载流子的统计分布规律，学习半导体中载流子的输运理论及相关规律；学习载流子在输运过程中所发生的宏观物理现象；学习半导体的基本结构及其表面、界面问题。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：本课程的先修课程包括热力学与统计物理学、量子力学和固体物理学，学生应掌握这些先修课程中必要的知识。
通过本课程的学习为后继《半导体器件》、《晶体管原理》等课程的学习奠定基础。
（四）教材与主要参考书：［1］刘恩科，朱秉升，罗晋生. 半导体物理学（第7版）［M］. 北京：电子工业出版社. 2011.［2］黄昆,谢希德. 半导体物理学［M］. 北京：科学出版社. 2012.［3］叶良修.半导体物理学（第2版）［M］. 上册. 北京：高等教育出版社. 2007.［4］S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices (2nd ed.), Wiley, New York, 2006.二、课程内容与安排第一章半导体中的电子状态第一节半导体的晶格结构和结合性质第二节半导体中的电子状态和能带第三节半导体中电子的运动有效质量第四节本征半导体的导电机构空穴第五节回旋共振第六节硅和锗的能带结构第七节III-V族化合物半导体的能带结构第八节II-VI族化合物半导体的能带结构Ge x合金的能带第九节Si1-x第十节宽禁带半导体材料（一）教学方法与学时分配课堂讲授，大约8-10学时。
高等半导体物理讲义
精品文档高等半导体物理课程内容（前置课程：量子力学，固体物理）第一章能带理论，半导体中的电子态第二章半导体中的电输运第三章半导体中的光学性质第四章超晶格，量子阱前言：半导体理论和器件发展史1926 Bloch 定理1931 Wilson 固体能带论（里程碑）1948 Bardeen, Brattain and Shokley 发明晶体管，带来了现代电子技术的革命，同时也促进了半导体物理研究的蓬勃发展。
从那以后的几十年间，无论在半导体物理研究方面，还是半导体器件应用方面都有了飞速的发展。
1954半导体有效质量理论的提出，这是半导体理论的一个重大发展，它定量地描述了半导体导带和价带边附近细致的能带结构，给出了研究浅能级、激子、磁能级等的理论方法，促进了当时的回旋共振、磁光吸收、自由载流子吸收、激子吸收等实验研究。
1958 集成电路问世1959 赝势概念的提出，使得固体能带的计算大为简化。
利用价电子态与原子核心态正交的性质，用一个赝势代替真实的原子势，得到了一个固体中价电子态满足的方程。
用赝势方法得到了几乎所有半导体的比较精确的能带结构。
1962 半导体激光器发明1968 硅MOS器件发明及大规模集成电路实现产业化大生产1970 * 超晶格概念提出，Esaki (江歧), Tsu （朱兆祥）* 超高真空表面能谱分析技术相继出现，开始了对半导体表面、界面物理的研究1971 第一个超晶格Al x Ga1-x As/GaAs 制备，标志着半导体材料的发展开始进入人工设计的新时代。
1980 德国的V on Klitzing发现了整数量子Hall 效应——标准电阻1982 崔崎等人在电子迁移率极高的Al x Ga1-x As/GaAs异质结中发现了分数量子Hall 效应1984 Miller等人观察到量子阱中激子吸收峰能量随电场强度变化发生红移的量子限制斯塔克效应，以及由激子吸收系数或折射率变化引起的激子光学非线性效应，为设计新一代光双稳器件提供了重要的依据。
《半导体器件物理》教学大纲（精）
《半导体器件物理》教学大纲（精）《半导体器件物理》教学大纲（2006版）课程编码：07151022学时数：56一、课程性质、目的和要求半导体器件物理课是微电子学，半导体光电子学和电子科学与技术等专业本科生必修的主干专业基础课。
它的前修课程是固体物理学和半导体物理学，后续课程是半导体集成电路等专业课，是国家重点学科微电子学与固体电子学硕士研究生入学考试专业课。
本课程的教学目的和要求是使学生掌握半导体器件的基本结构、物理原理和特性，熟悉半导体器件的主要工艺技术及其对器件性能的影响，了解现代半导体器件的发展过程和发展趋势，对典型的新器件和新的工艺技术有所了解，为进一步学习相关的专业课打下坚实的理论基础。
二、教学内容、要点和课时安排第一章半导体物理基础（复习）（2学时）第二节载流子的统计分布一、能带中的电子和空穴浓度二、本征半导体三、只有一种杂质的半导体四、杂质补偿半导体第三节简并半导体一、载流子浓度二、发生简并化的条件第四节载流子的散射一、格波与声子二、载流子散射三、平均自由时间与弛豫时间四、散射机构第五节载流子的输运一、漂移运动迁移率电导率二、扩散运动和扩散电流三、流密度和电流密度四、非均匀半导体中的自建场第六节非平衡载流子一、非平衡载流子的产生与复合二、准费米能级和修正欧姆定律三、复合机制四、半导体中的基本控制方程：连续性方程和泊松方程第二章PN结（12学时）第一节热平衡PN结一、PN结的概念：同质结、异质结、同型结、异型结、金属－半导体结突变结、缓变结、线性缓变结二、硅PN结平面工艺流程（多媒体演示图2.1）三、空间电荷区、内建电场与电势四、采用费米能级和载流子漂移与扩散的观点解释PN结空间电荷区形成的过程五、利用热平衡时载流子浓度分布与自建电势的关系求中性区电势及PN结空间电荷区两侧的内建电势差六、解poisson’s Eq 求突变结空间电荷区内电场分布、电势分布、内建电势差和空间电荷区宽度（利用耗尽近似）P 结第二节加偏压的N一、画出热平衡和正、反偏压下PN结的能带图，定性说明PN结的单向导电性二、导出空间电荷区边界处少子的边界条件，解释PN结的正向注入和反向抽取现象P-结的直流电流-电压特性第三节理想N一、解扩散方程导出理想PN结稳态少子分布表达式，电流分布表达式，电流－电压关系二、说明理想PN结中反向电流产生的机制（扩散区内热产生载流子电流）第四节空间电荷区的复合电流和产生电流一、复合电流二、产生电流第五节隧道电流一、隧道电流产生的条件二、隧道二极管的基本性质（多媒体演示Fig2.12）I-特性的温度依赖关系第六节V一、反向饱和电流和温度的关系I-特性的温度依赖关系二、V第七节耗尽层电容，求杂质分布和变容二极管一、PN结C-V特性二、过渡电容的概念及相关公式推导求杂质分布的程序（多媒体演示Fig2.19）三、变容二极管第八节小讯号交流分析一、交流小信号条件下求解连续性方程，导出少子分布，电流分布和总电流公式二、扩散电容与交流导纳三、交流小信号等效电路第九节电荷贮存和反响瞬变一、反向瞬变及电荷贮存效应二、利用电荷控制方程求解s三、阶跃恢复二极管基本理论第十节P-Ｎ结击穿一、PN结击穿二、两种击穿机制，PN结雪崩击穿基本理论的推导三、计算机辅助计算例题2－3及相关习题第三章双极结型晶体管（10学时）第一节双极结型晶体管的结构一、了解晶体管发展的历史过程二、BJT的基本结构和工艺过程（多媒体图3.1）概述第二节基本工作原理一、理想BJT的基本工作原理二、四种工作模式三、放大作用（多媒体Fig3.6）四、电流分量（多媒体Fig3.7）五、电流增益（多媒体Fig3.8 3.9）第三节理想双极结型晶体管中的电流传输一、理想BJT中的电流传输：解扩散方程求各区少子分布和电流分布二、正向有源模式三、电流增益～集电极电流关系Ebers-）方程第四节爱拜耳斯-莫尔（Moll一、四种工作模式下少子浓度边界条件及少子分布二、E-M模型等效电路三、E-M方程推导第五节缓变基区晶体管一、基区杂质浓度梯度引起的内建电场及对载流子的漂移作用二、少子浓度推导三、电流推导四、基区输运因子推导第六节基区扩展电阻和电流集聚一、基区扩展电阻二、电流集聚效应第七节基区宽度调变效应一、基区宽度调变效应（EARLY效应）二、h FE和I CE0的改变第八节晶体管的频率响应一、基本概念：小信号共基极与共射极电流增益（α，h fe），共基极截止频率和共射极截止频率（Wɑ,W?）,增益－频率带宽或称为特征频率（W T），二、公式（3－36）、（3－65）和（3－66）的推导三、影响截止频率的四个主要因素：τB 、τE 、τC 、τD及相关推导四、Kirk效应第九节混接型等效电路一、参数：g m、g be 、C D的推导二、等效电路图（图3－23）三、证明公式（3－85）、（3－86）第十节晶体管的开关特性一、开关作用二、影响开关时间的四个主要因素：t d、t r、t f、t s三、解电荷控制方程求贮存时间t s第十一节击穿电压一、两种击穿机制二、计算机辅助计算：习题阅读§3.12 、§3.13 、§3.14第四章金属—半导体结（4学时）第一节肖特基势垒一、肖特基势垒的形成二、加偏压的肖特基势垒三、M－S结构的C-V特性及其应用第二节界面态对势垒高度的影响一、界面态二、被界面态钳制的费米能级第三节镜像力对势垒高度的影响一、镜像力二、肖特基势垒高度降低第四节肖特基势垒二极管的电流电压特性一、热电子发射二、理查德-杜师曼方程第五节肖特基势垒二极管的结构一、简单结构二、金属搭接结构三、保护环结构第六节金属-绝缘体-半导体肖特基势垒二极管一、基本结构二、工作原理第七节肖特基势垒二极管和PN结二极管之间的比较一、开启电压二、反向电流三、温度特性第八节肖特基势垒二极管的应用一、肖特基势垒检波器或混频器二、肖特基势垒钳位晶体管第九节欧姆接触一、欧姆接触的定义和应用二、形成欧姆接触的两种方法第五章结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管（4学时）第一节JFET的基本结构和工作过程一、两种N沟道JFET二、工作原理第二节理想JFET的I-V特性一、基本假设二、夹断电压三、I-V特性第三节静态特性一、线性区二、饱和区第四节小信号参数和等效电路一、参数：g l g ml g m C G二、JFET小信号等效电路图第五节JFET的截止频率一、输入电流和输出电流二、截止频率第六节夹断后的JFET性能一、沟道长度调制效应二、漏极电阻第七节金属-半导体场效应晶体管一、基本结构二、阈值电压和夹断电压三、I-V特性第八节JFET和MESFET的类型一、N—沟增强型N—沟耗尽型二、P—沟增强型P—沟耗尽型阅读§5.8 §5.9第六章金属-氧化物-场效应晶体管（10学时）第一节理想MOS结构的表面空间电荷区一、MOSFET的基本结构（多媒体演示Fig6-1）二、半导体表面空间电荷区的形成三、利用电磁场边界条件导出电场与电荷的关系公式（6－1）四、载流子的积累、耗尽和反型五、载流子浓度表达式六、三种情况下MOS结构能带图七、反型和强反型条件，MOSFET工作的物理基础第二节理想MOS电容器一、基本假设二、C～V特性：积累区，平带情况，耗尽区，反型区三、沟道电导与阈值电压：定义公式（6－53）和（6－55）的推导第三节沟道电导与阈值电压一、定义二、公式（6－53）和（6－55）的推导第四节实际MOS的电容—电压特性一、M-S功函数差引起的能带弯曲以及相应的平带电压，考虑到M-S功函数差，MOS结构的能带图的画法二、平带电压的概念三、界面电荷与氧化层内电荷引起的能带弯曲以及相应的平带电压四、四种电荷以及特性平带电压的计算五、实际MOS的阈值电压和C～V曲线第五节MOS场效应晶体管一、基本结构和工作原理二、静态特性第六节等效电路和频率响应一、参数：g d g m r d二、等效电路三、截止频率第七节亚阈值区一、亚阈值概念二、MOSFET的亚阈值概念第九节MOS场效应晶体管的类型一、N—沟增强型N—沟耗尽型二、P—沟增强型P—沟耗尽型第十节器件尺寸比例MOSFET制造工艺一、P沟道工艺二、N沟道工艺三、硅栅工艺四、离子注入工艺第七章太阳电池和光电二极管（6学时）第一节半导体中光吸收一、两种光吸收过程二、吸收系数三、吸收限第二节 PN 结的光生伏打效应一、利用能带分析光电转换的物理过程（多媒体演示）二、光生电动势，开路电压，短路电流，光生电流（光电流）第三节太阳电池的I-V 特性一、理想太阳电池的等效电路二、根据等效电路写出I-V 公式，I-V 曲线图（比较：根据电流分量写出I-V 公式）三、实际太阳能电池的等效电路四、根据实际电池的等效电路写出I-V 公式五、R S 对I-V 特性的影响第四节太阳电池的效率一、计算 V mp I mp P m 二、效率的概念%100?=inL OC P I FFV η 第五节光产生电流和收集效率一、“P 在N 上”结构，光照，x O L e G αα-Φ=少子满足的扩散方程二、例1－1，求少子分布，电流分布三、计算光子收集效率：O npt col G J J Φ=η讨论：波长长短对吸收系数的影响少子扩散长度和吸收系数对收集效率的影响理解Fig7-9,Fig7-10所反映的物理意义第六节提高太阳能电池效率的考虑一、光谱考虑(多媒体演示)二、最大功率考虑三、串联电阻考虑四、表面反射的影响五、聚光作用第七节肖特基势垒和MIS太阳电池一、基本结构和能带图二、工作原理和特点阅读§7.8第九节光电二极管一、基本工作原理二、P-I-N光电二极管三、雪崩光电二极管四、金属－半导体光电二极管第十节光电二极管的特性参数一、量子效率和响应度二、响应速度三、噪声特性、信噪比、噪声等效功率（NEP）四、探测率（D）、比探测率（D*）第八章发光二极管与半导体激光器（4学时）第一节辐射复合与非辐射复合一、辐射复合：带间辐射复合，浅施主和主带之间的复合，施主－受主对（D-A 对）复合，深能级复合，激子复合，等电子陷阱复合二、非辐射复合：多声子跃迁，俄歇过程（多媒体演示），表面复合第二节LED的基本结构和工作过程一、基本结构二、工作原理（能带图）第三节LED的特性参数一、I-V特性二：量子效率：注射效率γ、辐射效率rη、内量子效率iη，逸出概率oη、外量子效率三、提高外量子效率的途径，光学窗口四、光谱分布，峰值半高宽FWHM,峰值波长，主波长，亮度第四节可见光LED一、GaP LED二、GaAs1-x P x LED三、GaN LED第五节红外LED一、性能特点二、应用光隔离器阅读§8.6 , §8.7 , §8.8 , §8.9 , §8.10(不做作业和考试要求)第九章集成器件（阅读，不做作业和考试要求）第十章电荷转移器件（4学时）第一节电荷转移一、CCD基本结构和工作过程二、电荷转移第二节深耗尽状态和表面势阱一、深耗尽状态—非热平衡状态二、公式（10-8）的导出第三节MOS电容的瞬态特性深耗尽状态的能带图一、热弛豫时间二、信号电荷的影响第四节信息电荷的输运转换效率一、电荷转移的三个因素二、转移效率、填充速率和排空率第五节电极排列和CCD制造工艺一、三相CCD二、二相CCD第六节体内（埋入）沟道CCD一、表面态对转移损耗和噪声特性的影响二、体内（埋入）沟道CCD的基本结构和工作原理第七节电荷的注入、检测和再生一、电注入与光注入二、电荷检测电荷读出法三、电荷束的周期性再生或刷新第八节集成斗链器件一、BBD的基本结构二、工作原理三、性能第九节电荷耦合图象器件一、行图象器二、面图象器三、工作原理和应用三、教学方法板书、讲授、多媒体演示四、成绩评价方式闭卷考试加平时作业、课堂讨论五、主要参考书目1、孟庆巨、刘海波、孟庆辉编著《半导体器件物理》，科学出版社，2005-6第二次印刷。
《半导体物理与器件》教学大纲
《半导体物理与器件》教学大纲课程类别：专业方向课程性质：必修英文名称：Semiconductor Physics and Devices总学时：48 讲授学时：48学分： 3先修课程：量子力学、统计物理学、固体物理学等适用专业：应用物理学(光电子技术方向)开课单位：物理科学与技术学院一、课程简介本课程是应用物理学专业(光电子技术方向)的一门重要专业方向课程。
通过本课程的学习，使学生能够结合各种半导体的物理效应掌握常用和特殊半导体器件的工作原理，从物理角度深入了解各种半导体器件的基本规律。
获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力，为开展课题设计和独立解决实际工作中的有关问题奠定一定的基础。
二、教学内容及基本要求第一章：固体晶格结构（4学时）教学内容：1.1半导体材料1.2固体类型1.3空间晶格1.4原子价键1.5固体中的缺陷与杂质1.6半导体材料的生长教学要求：1、了解半导体材料的特性, 掌握固体的基本结构类型；2、掌握描述空间晶格的物理参量, 了解原子价键类型；3、了解固体中缺陷与杂质的类型；4、了解半导体材料的生长过程。
授课方式：讲授第二章：量子力学初步（4学时）教学内容：2.1量子力学的基本原理2.2薛定谔波动方程2.3薛定谔波动方程的应用2.4原子波动理论的延伸教学要求：1、掌握量子力学的基本原理，掌握波动方程及波函数的意义；2、掌握薛定谔波动方程在自由电子、无限深势阱、阶跃势函数、矩形势垒中应用；3、了解波动理论处理单电子原子模型。
授课方式：讲授第三章：固体量子理论初步（4学时）教学内容：3.1允带与禁带格3.2固体中电的传导3.3三维扩展3.4状态密度函数3.5统计力学教学要求：1、掌握能带结构的基本特点，掌握固体中电的传导过程；2、掌握能带结构的三维扩展，掌握电子的态密度分布；3、掌握费密-狄拉克分布和玻耳兹曼分布。
授课方式：讲授第四章：平衡半导体（6学时）教学内容：4.1半导体中的载流子4.2掺杂原子与能级4.3非本征半导体4.4施主与受主的统计学分布4.5电中性状态4.6费密能级的位置教学要求：1、掌握本征载流字电子和空穴的平衡分布；2、掌握掺杂原子的作用，掌握非本征载流字电子和空穴的平衡分布；3、掌握完全电离和束缚态，掌握补偿半导体平衡电子和空穴浓度；4、掌握费密能级随掺杂浓度和温度的变化。
半导体物理学前置课程
半导体物理学前置课程摘要：1.半导体物理学的背景与重要性2.半导体物理学前置课程的主要内容3.学习半导体物理学的建议和方法4.半导体物理学在各领域的应用5.我国在半导体物理学领域的发展正文：半导体物理学前置课程半导体物理学是现代物理学的一个重要分支，研究半导体材料的性质、结构和应用。
在当今科技快速发展的时代，半导体物理学在电子、光电子和能源等领域发挥着至关重要的作用。
为了更好地学习半导体物理学，有必要了解其前置课程。
一、半导体物理学的背景与重要性半导体物理学研究的内容包括半导体材料的能带结构、载流子输运特性、PN结、场效应晶体管等。
半导体材料在电子器件、光电子器件和能源转换等领域具有广泛的应用，如太阳能电池、发光二极管和集成电路等。
因此，学习半导体物理学对于了解现代电子技术和光电子技术的发展具有重要意义。
二、半导体物理学前置课程的主要内容1.量子力学：量子力学是半导体物理学的基础，为理解半导体材料的能带结构提供理论依据。
2.固体物理：研究固体材料的性质、结构和应用，为半导体物理学提供实验基础。
3.电子线路：了解半导体器件的工作原理和性能，如场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管等。
4.光学：研究光的性质和与半导体材料的相互作用，如发光二极管、激光器等。
5.半导体器件原理与应用：学习半导体器件的原理、结构和应用，如集成电路、传感器等。
三、学习半导体物理学的建议和方法1.扎实掌握基础知识：学好半导体物理学需要具备扎实的基础知识，如数学、物理和电子技术等。
2.理论与实践相结合：通过实验和实际应用案例，加深对半导体物理学理论的理解。
3.学习国内外前沿成果：关注国内外半导体物理学领域的研究动态和前沿技术。
4.多做习题和模拟：通过做习题和模拟半导体器件的工作过程，提高实际应用能力。
四、半导体物理学在各领域的应用1.电子器件：如集成电路、场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管等。
2.光电子器件：如发光二极管、激光器、光开关等。
半导体物理专业课学习计划
半导体物理专业课学习计划引言半导体物理是一个重要的物理学科，涉及电子学、微电子技术、光子学和材料科学等多个领域，对于现代科技的发展具有重要意义。
半导体物理专业课程旨在通过学习半导体材料的基本特性和应用技术，在学生中培养创新和研究精神，为他们将来在相关行业做出贡献做好准备。
本文将介绍半导体物理专业课的学习计划，包括课程结构、学习方法、实验技能等方面，并对学习过程中可能遇到的困难和解决方法进行讨论。
一、课程结构1. 半导体材料基础半导体物理专业课程的第一个模块是半导体材料基础，主要包括半导体材料的晶体结构、电子能级结构、能带理论等基本概念。
学生可以通过学习这些基础知识，了解半导体材料的物理特性，为后续的学习打下基础。
2. 半导体器件原理半导体器件原理是半导体物理专业课程的核心内容，学生将学习半导体二极管、场效应晶体管、光电二极管等器件的工作原理、性能参数、制造工艺等知识。
通过学习器件原理，学生可以深入了解半导体器件的工作方式，为日后的实验和研究打下基础。
3. 半导体材料加工技术半导体物理专业课程还将涉及半导体加工技术，学生将学习半导体器件的加工流程、工艺参数、设备原理等知识。
这一模块的学习将使学生了解制造半导体器件的整个过程，为将来的实践操作做好准备。
4. 半导体器件应用最后一个模块是半导体器件的应用，学生将学习各种半导体器件的应用领域、市场需求以及相关技术趋势。
通过这一模块的学习，学生可以了解半导体器件的实际应用场景，为未来的职业生涯做好规划。
二、学习方法在学习半导体物理专业课程的过程中，学生需要采取科学有效的学习方法，以提高学习效率和掌握知识点。
以下是一些学习方法的建议：1. 培养良好的学习习惯学习半导体物理专业课程需要良好的学习习惯，比如定时复习、整理笔记、积极参与课堂讨论等。
这些学习习惯可以帮助学生更好地吸收知识，提高学习效果。
半导体物理专业课程的实验技能是非常重要的，学生需要多做实验，熟练掌握半导体器件的制造工艺和测试方法。
半导体物理学习计划模板
半导体物理学习计划模板一、教学目标通过本科课程学习，学生应该能够掌握半导体材料的基本原理和特性，理解半导体器件的工作原理和应用，掌握半导体材料、器件的制备、加工方法和测试技术，掌握现代半导体器件的发展动态和前沿技术，培养学生的分析和解决问题的能力。
二、主要教学内容1. 半导体的基本概念2. 半导体材料的结构和特性3. 半导体器件的基本原理和制备工艺4. 半导体器件的测试与应用5. 现代半导体器件的发展和应用三、课程安排1. 第一周：半导体的基本概念- 半导体的电子结构和能带理论- 半导体的导电特性- 半导体的掺杂和载流子2. 第二周：半导体材料的结构和特性- 硅材料的结构和性能- III-V族半导体材料- 其他半导体材料的特性3. 第三周：半导体器件的基本原理和制备工艺- 二极管的基本原理和结构- 晶体管的工作原理和制备工艺- 半导体器件制备中的工艺流程4. 第四周：半导体器件的测试与应用- 半导体器件的性能测试- 半导体器件在电子电路中的应用- 半导体器件的故障分析和维修5. 第五周：现代半导体器件的发展和应用- 集成电路技术及其发展趋势- 光电子器件的发展和应用- 半导体材料在新能源领域的应用四、教学方法1. 理论教学：利用教材讲解和案例分析，引导学生掌握半导体物理学的基本概念和原理。
2. 实验教学：开展半导体器件制备和测试的实验，帮助学生掌握实际操作技能和实验数据分析能力。
3. 案例分析：通过案例分析，引导学生将理论知识应用于实际问题的解决，培养其分析和解决问题的能力。
4. 课外阅读：推荐相关领域的学术论文和前沿研究成果，引导学生扩展知识和了解行业动态。
五、教学评估1. 平时表现：包括课堂积极参与、作业完成情况、实验操作表现等2. 期中考试：主要考察学生对半导体物理学基本知识的掌握程度3. 期末考试：主要考察学生对半导体器件的工作原理、制备工艺和应用的理解和掌握程度4. 实验报告：考察学生实验操作技能和实验数据分析能力六、教学资源1. 教材：《半导体物理学》2. 实验设备：晶体管制备设备、半导体器件测试设备3. 论文和文献：相关领域的学术论文和前沿研究成果七、参考书目1. 《半导体材料与器件》2. 《半导体物理学及器件》3. 《现代半导体器件物理与工艺》八、教学课堂实施教师根据教学目标和内容，合理安排课堂教学内容和时间，采用多种教学方法，引导学生深入学习，鼓励学生思考和提问，促进课堂互动和学生参与，确保教学效果。
半导体物理学教学大纲
半导体物理第 I 条Semiconductor Physics课程编号：042435课程性质：学科基础课适用专业：微电子学专业先修课程：固体物理，量子力学，统计物理后续课程：集成电路总学分：4其中实验学分：0教学目的与要求：本课程是微电子学专业的主干课之一。
通过对本课程的学习，掌握能带理论和统计物理的基本概念，以此为基础介绍半导体物理的基础知识以及相关器件的工作原理。
从微观角度了解半导体中载流子的能量状态、统计分布规律和散射及电导规律。
了解半导体中非平衡载流子的产生、复合、漂移和扩散等运动规律。
了解掺杂和缺陷在半导体物理中的重要作用。
半导体的特性、半导体内部载流子的基本运动规律，；了解半导体的光、电、磁、热等物理效应。
掌握半导体物理特性的计算方法，掌握半导体器件的四大基本结构及其工作原理。
教学内容与学时安排第1章：半导体中的电子状态（6学时）第一节半导体的晶体结构和结合性质一、金刚石型结构和共价键二、闪锌矿型结构和混合键三、纤锌矿型结构第二节半导体中的电子状态和能带一、原子的能级和晶体的能带二、半导体中的电子状态和能带三、导体、半导体、绝缘体的能带第三节半导体中电子的运动和有效质量一、半导体中E（k）与k的关系二、半导体中电子的平均速度三、半导体中电子的加速度四、有效质量的意义第四节 本征半导体的导电机构 空穴 第五节回旋共振一、 k 空间等能面 二、 回旋共振第六节 硅和锗的导带结构 第七节 回旋共振第2章：半导体中杂质和缺陷能级（4学时）第一节 硅、锗晶体中的杂质和缺陷能级一、替位式杂质 间隙式杂质 二、施主杂质、施主能级 三、受主杂质、受主能级四、浅能级杂质电离能的简单计算 五、杂质的补偿的作用 六、深能级杂质第二节 Ⅲ－Ⅴ族化合物中的杂质能级 第三节 缺陷、位错能级一、点缺陷 二、位错第3章 半导体中载流子的统计分布（6学时） 第一节 状态密度一、k 空间中量子态的分布二、状态密度第二节 费米能级和载流子的统计分布一、费米分布函数 二、玻耳兹曼分布函数三、导带中得电子浓度和价带中的空穴浓度 四、载流子的浓度乘积pn 0第三节 本征半导体的载流子浓度 第四节 杂质半导体的载流子浓度一、杂质能级上的电子和空穴 二、n 型半导体的载流子浓度第五节 一般情况下的载流子统计分布 第六节 简并半导体一、简并半导体的载流子浓度 二、简并化条件三、低温载流子冻析效应四、禁带变窄效应第七节电子占据杂质能级的概率一、求解统计分布第4章半导体的导电性（6学时）第一节载流子的漂移运动和迁移率一、欧姆定律二、漂移速度和迁移率三、半导体的电导率和迁移率第二节载流子的散射一、载流子散射的概念二、半导体的主要散射机构第三节迁移率与杂质浓度和温度的关系一、平均自由时间和散射概率的关系二、电导率、迁移率与平均自由时间的关系三、迁移率与杂质和温度的关系第四节电阻率及其与杂质浓度和温度的关系一、电阻率和杂质浓度的关系二、电阻率随温度的变化第五节玻耳兹曼方程、电导率的统计理论一、玻耳兹曼方程二、弛豫时间近似三、弱电场近似下玻耳兹曼方程的解四、球形等能面半导体的电导率第六节强电场下的效应、热载流子一、欧姆定律的偏移二、平均漂移速度与电场强度的关系第七节多能谷散射耿氏散射一、多能谷散射、体内负微分电导二、高场畴区及耿氏振荡第5章非平衡载流子（6学时）第一节非平衡载流子的注入与复合第二节非平衡载流子的寿命第三节准费米能级第四节复合理论一、直接复合二、间接复合三、表面复合四、俄歇复合第五节缺陷效应第六节载流子的扩散运动第七节载流子的漂移运动、爱因斯坦关系式第八节连续性方程式第6章 pn 结（6学时）第一节 pn结及其能带图一、pn结的形成和杂质分布二、空间电荷区三、pn结能带图四、pn结接触电势差五、pn结的载流子分布第二节 pn结电流电压特性一、非平衡状态下的pn结二、理想pn结模型及其电流电压方程三、影响pn结电流电压特性偏离理想方程的各种因素第三节 pn结电容一、pn结电容的来源二、突变结的势垒电容三、线性缓变结的势垒电容四、扩散电容第四节 pn结击穿一、雪崩击穿二、隧道击穿（齐纳击穿）三、热电击穿第五节 pn结隧道效应第7章非平衡载流子（4学时）第一节金属半导体接触及其能级图一、金属和半导体的功函数二、接触电势差三、表面态对接触势垒的影响第二节金属半导体接触整流理论一、扩散理论二、热电子发射理论三、镜像力和隧道效应的影响四、肖特基势垒二极管第三节少数载流子的注入和欧姆接触一、少数载流子的注入二、欧姆接触第8章半导体表面与MIS结构（6学时）第一节表面态第二节表面电场效应一、空间电荷层及表面势二、表面空间电荷层的电场、电势和电容第三节 MIS结构的电容－电压特性一、理想MIS结构的电容－电压特性二、金属与半导体功函数差对MIS结构C-V特性的影响三、绝缘层中电荷对MIS结构C-V特性的影响第四节硅－二氧化硅的性质一、二氧化硅中的可动离子二、二氧化硅层中的固定表面电荷三、在硅－二氧化硅界面处的快界面态四、二氧化硅中的陷阱电荷第五节表面电导及迁移率一、表面电荷二、表面载流子的有效迁移率第六节表面电场对pn结特性的影响一、表面电场作用下pn结的能带图二、表面电场作用下pn结的反向电流三、表面电场对pn结击穿特性的影响四、表面钝化第9章半导体异质结构（4学时）第一节半导体异质结的能带图一、半导体异质结的能带图二、半导体异质结的接触电势差及势垒区宽度三、突变反型异质结的势垒电容四、突变同型异质结的若干公式第二节半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性一、半导体异质pn结的电流－电压特性二、异质pn结的注入特性第三节半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性一、半导体调制掺杂异质结构界面量子阱二、双异质结间的单量子阱结构三、双势垒单量子阱结构及共振隧穿效应第四节半导体应变异质结构一、应变异质结二、应变异质结构中应变层材料能带的人工改性第五节半导体超晶格第六节半导体异质结在光电子器件中的应用一、单异质结激光器二、双异质结激光器三、大光学腔激光器第10章非平衡载流子（4学时）第一节半导体的光学性质和光电的发光现象一、折射率和吸收系数二、反射系数和透射系数第二节半导体的光吸收一、本征吸收二、直接跃迁和间接跃迁三、其他吸收过程第三节半导体的光电导一、附加电导率二、定态光电导及其弛豫过程三、光电导灵敏度及光电导增益四、复合和陷阱效应对光电导的影响五、本征光电导的光谱分布六、杂质光电导第四节半导体的光生伏特效应一、pn结的光生伏特效应二、光电池的电流电压特性第五节半导体发光一、辐射跃迁二、发光效率三、电致发光激发机构第六节半导体激光一、自发辐射和受激辐射二、分布反转三、pn结激光器原理四、激光材料第11章半导体的热电性质（4学时）第一节热电效应的一般描述一、塞贝克效应二、铂耳帖效应三、汤姆逊效应四、塞贝克系数、铂耳帖系数和汤姆逊系数间的关系第二节半导体的温差电动势率一、一种载流子的绝对温差电动势率二、两种载流子的绝对温差电动势率三、两种材料的温差电动势第三节半导体的铂耳帖效应第四节半导体的汤姆逊效应第五节半导体的热导率一、载流子对热导率的贡献二、声子对热导率的贡献第六节半导体热电效应的应用第12 半导体磁和压阻效应（4学时）第一节霍尔效应一、一种载流子的霍尔效应二、载流子在电磁场中的运动三、两种载流子的霍尔效应四、霍尔效应的应用第二节磁阻效应一、物理磁阻效应二、几何磁阻效应三、磁阻效应的应用第三节磁光效应一、朗道（landau）能级二、带间磁光吸收第四节量子化霍尔效应第五节热磁效应一、爱廷豪森效应二、能斯脱效应三、里纪－勒杜克效应第六节光磁电效应一、光扩散电势差二、光磁电效应第七节压阻效应一、压阻系数二、液体静压强作用下的效应三、单轴拉伸或压缩下的效应四、压阻效应的应用第13章非晶态半导体（4学时）第一节非晶态半导体的结构第二节非晶态半导体中的电子态一、无序体系中的电子态的定域化二、迁移率边三、非晶态半导体的能带模型四、非晶态半导体的化学键结构第三节非晶态半导体中的缺陷、隙态与掺杂效应一、四面体结构非晶态半导体中的缺陷和隙态二、硫系非晶态半导体的缺陷与缺陷定域态三、Ⅳ族元素非晶态半导体的掺杂效应第四节非晶态半导体中的电学性质一、非晶态半导体的导电机理二、非晶态半导体的漂移迁移率三、非晶态半导体的弥散输运过程第五节非晶态半导体中的光学性质一、非晶态半导体的光吸收二、非晶态半导体的光电导第六节a－SI：H的pn结与金－半接触特性。
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半导体物理学前置课程
半导体物理学前置课程一般包括以下内容：
1. 固体物理学基础知识：晶体结构、晶格振动、电子能带理论、电子自旋、晶格缺陷等。
2. 电磁学基础知识：电场、磁场、电磁辐射等。
3. 量子力学基础知识：量子力学原理、波函数、量子态、哈密顿算符等。
4. 固体能带理论：包括价带和导带的理解、半导体的能带结构、半导体材料的能带间隙等。
5. 简单能带模型：包括紧束缚模型、自由电子气模型、等效质量近似等。
6. 电子与声子的相互作用：介电函数、声子谱、声子与电子的散射等。
7. 电子在晶体中的输运性质：包括导电性、迁移率、扩散、简单的输运方程等。
8. 光电子学基础知识：吸收、发射、散射、色谱、光电子光谱等。
9. pn结和二极管：pn结的形成、Zero bias和封锁态、偏置态、
二极管的I-V特性、二极管的基本应用等。
10. 器件物理：包括MOS结和MOSFET、BJT、HEMT、HBT 等器件的基本原理和工作原理。
以上是一个大致的半导体物理学前置课程的内容，具体课程内容可能会根据不同学校和教师的要求有所不同。